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Steuerorgan für Druckmittelantriebe von Hochspannungsleistungssckaltern
Gegenstand der Erfindung ist ein Steuerorgan für den hydraulischen oder pheurmtiscken
Antrieb eines Hochspannungsleistungsschalters, dessen bewegliche Kontaktelemente
mittels wechselseitig beaufschlagbarer Antriebskolben betätigt werden, wobei steuernde
Funktionsglieder blockartig zusamengefaßt sind.
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Derartige Schalterantriebe werden vornehmlich für sehr große Schaltertypen
bn Nöchstspannungsbereich benutzt, bei denen Federalltriebe praktisch nicht mehr
verwendbar sind. Da üblicherweise schr hoher Arbeitsdruck ( etwa 300 atiI ) verwendet
wird, besteht das Steuerorgan eines solchen Antriebes, das elektromagnetisch angeregt
wird, aus einer Anzahl steuernden Funktionsglieder, wie Haupt-, Weben-und Hilfesteuerglieder,
iselesondere Vontile, Hilfskolben, Differentialkolben, Schieberanordnungen u. dergl.
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ltierbei ergibt sich filr das Steuerorgan ein komplizierter Aufbau
mit vielen vorbindungsleitungen, der in Anbetracht d hohen Arbeitsdruckes einen
erheblichen Aufwand mit sich bringt. Ein aus den Steuergliedern gebildeter kompakter
Steuerblock stellt eine unübersichtliche Zusammenbahllung diffiziler und aufwendiger
Einzelteile dar.
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Ber Hrfindung liegt die Aufgabe zugrundle, ein solches Steuerorgen
in besonders einfacher Weise mthodisch derart als Steuerblock auszubilden, daß die
bekannten Küngel und Schwierigkeiten behoben und eine relativ einfache und wirtschaftliche
Fertigung erröglicht ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem Steuerorgan der eingangs genammten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Funktionsglieder in einzelnen zylindrischen
Körpern verteilt untergebracht eird, daß diese zylindrischen Körper in einen weiteren
zylindrischen Körper axial einschiebbar eingelassen sind, daß dieser weitere zylindrische
Körper in einen durch eine obere und eie untere Stirnplatte verschließbaren Außenmantel
eingeschoben ist und daß durch Umfangsnuten an den Oberflächen der ineinandergeschoblenen
Körper sowie durch Bohrungen in ihren Wandungen Verbindungsräume zwischen den Funktionsgliedern
und äußere Anschlußmöglichkeiten geschaffen sind.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung einer erläutert.
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Fig. 1 zeigt das Schema eines hydraulischen oder Pneumatischen Schalterantriebes
in den die Erfindung betreffenden Ausschnitt und in beispielhafter Ausführungsform.
Es handelt sich um einen dreipoligen Ilochspannungsleistungsschalter, bei den die
beweglichen Kontaktelemente über die Kolbenstangen 1-3 betätigt werden, vobei die
Kolben 4-6 ( in oberer Anschlagstellung, z. fl. Einschaltstellung gezeichnet ) in
den Zylindern 7-9 durch wechselseitige Druckbeaufschlagung bewegt werden.
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In dem gestrichelten Viereck 10 lot das Steuersystem angeordnet, das
mit Hilfe der Erfindung zu einer baulichen Einheit zusammengefügt
werden
soll. Bis auf die Druckleitung 11 wird das gesamte System in Rubentellung druckfrei
gehalten. Auch bei eventueller Endichtheit der t,en Druckraum abschließenden Ventile
12- 15 Icann keine Fehlschaltung erfolgen, da die hinter den Vertilen 12-15 liegenden
Räume 16-19 durch die geöffneten Vertile 20-23 und die Beitungen 24-26 direkt mit
der druckfreien Rückleitung 27 in Verbindung stehen. Diese neuc Ausbildung trägt
erheblich aur Funktionssickerheit bei.
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Zur Ausführung einer Schalthandlung (Ausschalten) wird der Ventilstösnel
28 nach unten gedrückt. Dabei öffnet sich das Ventil 12 und schließt sich das Ventil
20. Der Druck gelangt jetzt is den Raum 16, durch die leitung 29 in den Raum 30
hinter den Differentialkolben 31 und drückt diesen nach unten.
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Dahei schliedt sich das Ventil 21 und öffnet sich das Ventil 13, so
daß der Druck in den Raum 17 und von dort über die Leitungen 32-35 auf die oberen
Beaufschlagungsflächen der Kolben 4-6 gelargt. Die Molben werden nach unten gedrückt
und die Schalthandlung wird vollzogen. Das dabei aus den Zylindern 7-9 verdrängte
Druckmittel @elangt durch die leitungen 36-39 in den Raum 18 and von dert ober die
Leitung 25 in die druckfreie Rückleitung 27.
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Nach Abschlug der Schalchundlung wird der stössel 28 freigegeben.
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Damit schliegt sich das Ventil 12 und Sffnet sich das Ventil 20.
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Jetzt kann sich der Druck aus dem Raum 30 über die Leitung 29, den
Rung 16, durch das geöffnete Ventil 20 und die Leitung 26 in die druckfreie Rückleitung
27 ausgleichen. Damit schließt sich das Ventil 13 und die Ruhestellung ist wieder
erreicht.
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Für die folgende Einschaltung wird der Ventilstössel 40 betätigt und
der Vorrnung läuft funktionssytmetrisch ab.
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Die Mcthedik dieses Systems liegt in der Synmetrie der ein- und Ausschaltventile.
Bies bedeutet einheitliche Bauelemente für die Mauptventils @@@ und die Hilfeventilsätze.
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In Fig. 2 ist gezeigt. wie das schems aus Fig. 1 systematisch
in
einem Block zusammenfügbar ist. zunächst wird der Ausschalthilfsventilsatz ( analog
bezeichnet wie in Fig. 1 ) in einen zylindrischen Kdrper, durch gestrichelt es Viereck
41 gekennzeichnet, zusammengefaßt, entsprechend das Einschalthilfsventil gemäß den
Vicreck 42, ferner das Auschalthauptventil im Viereck 43 und das Einschalthauptventil
im Viereck 44. Es ergeben sich somit vicr zylindrische Körper, die weitgehend aus
billigen Drehtcilen bestehen. Die ,uleitungen werden radial herausgeführt und münden
in gedrchten ITuten fiir Druckzufuhr und druckfreie Ableitungen in gleicher Höhe,
die übrigen jedoch sämtlich in unterschiedlichen Höhen.
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Zwischen den Huten sind an den zylindrischen Hörpern jeweils weitere
Nuten ar Rund3chnurdichtunr,en vorgesehen.
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Die vier zylindrischen Körper werden gemeinsam in axiale Bohrungen
eines weiteren zylindrischen körpers eingesetzt, gekennzeichnet durch das strichpunktierte
Viereckt 45. Dieser enthält radial gerichtete Bohrungen in Höhe der Nuten der eingesetzten
Körper, wobei in Höhe der Bohrungen, die den äußeren Zuleitungen dienen, außen Ringnuten
vorgesehen sind, in diesen Falle entsprechend den Leitungen 11, 27, 32 und 39.
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Zur Verbindung der Räume 16 und 30 sowie 19 und 46 ( die in Fig. 1
durch die Leitungen 29 und 45 erfolgt ) sind die Radialbohrungen 47 und 48 sowie
49 und 53 vorgesehen, die sich paarweise kreuzen. An der Kreuzungsstelle sind jeweils
Verbindende, axial gerichtete Bohrun-en 51 und 52 in de Körper 45 vorgesehen, die
zur Stirnfläche hin mit Stopfen abgedichtet sind.
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Ferner sind a der Außenwand des zylindrischen Körpers 45 zwischen
den querbohrungen 47 - 50 und den Nuten 11, 27, 32 und 39 weitere nuten mit Rundschnurdichtunren
vorgesehen, desgleichend auch zviischen der '*ut 11 und der unteren Stirnfläche.
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Schließlich ist der zylindrische Körper 45 in einen äußeren Körper,
vorzugsweise ein starkwandiges Rohr mit begrenzenden Stirnplatten, gekennzeichnet
durch das strich-doppelpunktierte Viereck 53, eingeretst. Dieses Rohr 53 ist in
Höhe der Nuten 11, 27, 32 und 39 durchbrochen und trägt dort die Anschlußstutzen
für die äußeren Anschlüsse.
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Jetzt zeigt sich ein wesentlicher Vorteil dieser Einrichtung.
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Die äußeren Anschlüsse sind nur bezüglich ihrer Höhe an der äußeren
Zylinderwand gebunden, nicht aber in der Richtung.
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Sie können also wahlweise den verschiedensten Richtungen angepa3t
werden und vereinfachen damit die äußere Rohrverlegung erheblich. Ferner lassen
sich durch Anbringen von mehreren Anschlußstutzen in gleicher höhe kostspielige
Rohrverzweigungen vermeiden.
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Zwischen den Stirnflächen des eingesetzten Körpers 45 und den begrenzenden
Stirnplatten sind druckfreie Hohlräume 54 und 55 angeordnet, die iiber die axiale
Bohrung 56 mit der druckfreien Leitung 27 verbunden sind. In diese druckfreien Räume
54 und 55 ragen die Stirnseiten der eingesetzten Körper 41-44 Aus dieser Anordnung
ergeben sich erhebliche Vorteile. Bei eventuellen Undichtigkeiten des trucksystems
gelangt das Druckmittel an keiner Stelle nach außen. Es wird in den druckfreien
Räumen 54 und 55 abgefangen und abgeleitet. Perner beschränkt sich die mechanische
Beanspruchung der Stirnplatten nur auf den von den Stirnflächen der Körper 41 -
44 ausgeübten Druck, was insbesondere bei den hohen Arbeitsdrücken eine erhebliche
Materialeinsparung bedeutet.
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Ein bedeutender Vorteil dieses Systems ergibt sich aus der Problematik
der Abdichtung der Ventilstössel 28 und 40 nach außen.
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Ublicherweise müssen solche Abdichtungen für den Arbeitsdruck ausgelegt
sein. Daraus ergibt sich bei diesen hohen Drucken als Kraftbedarf firr die Betätigung
erstens der unvermeidbare hohe Öffnungsdruck, zweitens die extremgroße Haftreibung
der Dichtung und drittens die tiberwindung der Rückholfeder, die der hohen Halftreibung
entspricht. Die Summe dieser Kräfte muß von Elektromagneten aufgebracht und mechanisch
von Stössel übertragen werden, wobei die Haftreibung quadratisch mit der Querschnittsvergrößerung
des .Stös,sels wlichst. Da die Haftreibung aber ihrer doppelt zur Anwendung kotimt
( Rückholfeder ) hat eine Verstärkung des Stössels keinen Sinn, da die dadurch regultierende
Beanspruchung in doppeltem Maße wächst. Damit ist die Anwendung an einen bestimmten
Maximaldruck gebunden, nach dessen Überschreitung sehr aufwendige Querschiebereysteme
verwendet werden müssen. Im vorliegenden Fall wird
die äußere Stösseldichtung
aber nicht auf Druck beansprucht und die angeführten Komplikationen kommen in Fortfall.
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In fig. 3 ist ein Steuerblock gemäß der Erfindung in einen Konstruktionsbeispiel
im Längsschnitt und in Fig. 4 im Querschnitt durch die Funktionsebenen bargestellt.
Nach Fig. 3 sind die Hilfsventile 12 und 20 als Kugelventile ausgebildet. Die Bezeichnungen
entsprechen denen der Fig. 1 und 2 . Die untere Stirnplatte 57 ist als Befestigungsplatte
ausgebildet und die obere Stirnplatte 58 al"> Deckel.
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Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung liet in der betueren Montage
und Auswechselbarkeit der einzelnen Steuerungsglieder.
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Wird die obere Stirnplatte 58 abgenommen, dann sind sämtliche Ventilkörper
41 - 44 herausziehbar und in kürzester Zeit B zuwechseln; auch der große zylindrische
Körper 45 ist einfach herauszichbar. Damit sind sämbliche Dichtungselemente zugänglich
und auswechselbar.
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Fig. 5 zeigt eine isometrische, etwas vereinfachte Darstellung des
Steuerblockes in teilwseiser Demontage. Der Deckel 58 ist gelüftet. An den zylindrischen
Körper 45, der teilweise herausgezogen ist, ist eine Rundschnurringdichtung 59 erkennbar
und eine Ringnut 60 mit der zugehörigen Radialbohrung 61. An der Stirnfläche des
zylindrischen Körpers 45 sind die eingesetzten zylindrischen Körper 41 und 42 mit
den herausragenden ventilstösseln 28 und 40 erkennbar. Der zylindrische Körper 44
ist teilweise aus den Körper 45 herausgezoge. Erkennbar ist ein Rundschnurring 62
sowie eine Ringnut 63 mit einer Radialbohrung 64. weiterhin erkennbar ist die obere
Stirnfläche des Stopfens in der axialen Bohrung 52. Auf dem äußeren Mantelrohr 53
ist als Dichtungssitz die Fläche 65 für den Durchbruch 66 angefräßt.
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Bei Anwendung von Hydraulik erweist es sich als besonders vorteilhaft,
daß sich der Steuerblock sehr einfach. und wirlungsvoll entlüften läßt und daß auch
im Betrisbsstadium stets eine selbsttätige Entlüftung nöglich ist. Wie aus 2 2 ersichtlich,
erfolgt die Druckzufuhr von unten und im Ruhestand stehen die
Hohlräume
oberhalb der Ventile 12 - 15 direkt mit dem oberen druckfreien Raum 54 in Verbindung.
In dieser Raum sammeln sich selbsttätig Luftblächen. Während eines Arbeitsallaufes
sind sie unwirksan. da der Raum 54 dann jeweils durch die Ventile 20 - 23 von Arbeitsdruck
getrernt wird.
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Unterhalt der Ventile 12 - 15 i Druckraum eingeschlossene Luft gelangt
schon nach einen Arbeitsspiel Der diese Ventile und kann sich dann gleichfalls im
druckfreien Raum sammeln.
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t:ir einfaches Entlüftungsventil im Deckel 58 genäßt. Es ist vorteilhaft,
auf dem Deckel einen durcheichtigen Dom oder dergl. anzubringen, in den sich die
Luft sammelt. so daß sie optisch kontrolliert werden kann. Damit kann zugleich das
Entläftungsventil verbunden sein.